Interplay of Protein and DNA Structure Revealed in Simulations of the lac Operon

The E. coli Lac repressor is the classic textbook example of a protein that attaches to widely spaced sites along a genome and forces the intervening DNA into a loop. The short loops implicated in the regulation of the lac operon suggest the involvement of factors other than DNA and repressor in gene control. The molecular simulations presented here examine two likely structural contributions to the in-vivo looping of bacterial DNA: the distortions of the double helix introduced upon association of the highly abundant, nonspecific nucleoid protein HU and the large-scale deformations of the repressor detected in low-resolution experiments. The computations take account of the three-dimensional arrangements of nucleotides and amino acids found in crystal structures of DNA with the two proteins, the natural rest state and deformational properties of protein-free DNA, and the constraints on looping imposed by the conformation of the repressor and the orientation of bound DNA. The predicted looping propensities capture the complex, chain-length-dependent variation in repression efficacy extracted from gene expression studies and in vitro experiments and reveal unexpected chain-length-dependent variations in the uptake of HU, the deformation of repressor, and the folding of DNA. Both the opening of repressor and the presence of HU, at levels approximating those found in vivo, enhance the probability of loop formation. HU affects the global organization of the repressor and the opening of repressor influences the levels of HU binding to DNA. The length of the loop determines whether the DNA adopts antiparallel or parallel orientations on the repressor, whether the repressor is opened or closed, and how many HU molecules bind to the loop. The collective behavior of proteins and DNA is greater than the sum of the parts and hints of ways in which multiple proteins may coordinate the packaging and processing of genetic information. © 2013 Czapla et al

Genetiske forskjeller mellom villørret og settefisk i Vorma

Det ble samlet inn vevsprøver fra settefisk i Hunderfossen settefiskanlegg og fra settefisk (fettfinneklippet) gjenfanget i Vorma og fra villfisk fanget i Vorma. Det ble analysert på åtte mikrosatellitter i prøver fra til sammen 93 ørret. All settefisk var fra Hunderfossen, avlet av ville foreldre av Hunder/Lågen stammen. Generelt var den genetiske variasjonen høy med allelantall pr. locus (mikrosatellitt) varierende fra 5,75 til 9,50, og observert heterozygositet (HO) varierte fra 0,772 til 0,825, og observert heterozygositet var høyere enn forventet heterozygositet (HE = 0,694-0,780) i alle grupper. Resultatene tydet på at det er en egen ørretstamme i Vorma, og som sannsynligvis gyter i området nedenfor Svanfossen. Alder og lengde blant villfisken som ble analysert, viste betydelig variasjon i vekst, og det kan være flere subpopulasjoner representert i materialet. Noen har rask «innsjøvekst» som er vanlig i Mjøsa, og som også gjenfanget settefisk viste, mens andre hadde et annet vekstmønster. Det var for eksempel en vill ørret på åtte år som var 325 mm og en som var åtte år og 645 mm lang. Blant fem år gamle og eldre settefisk, var alle ≥ 400 mm. De genetiske analysene viste at villfisken skilte seg noe fra gjenfanget settefisk, og hadde for eksempel hele 15 private alleler. Settefisken fra fiskeanlegget skilte seg fra de andre gruppene, og hadde lavest genetisk variasjon, noe som kunne forventes ettersom den var av bare en årsklasse, basert på et begrenset antall foreldre. De gjenfangede settefiskene representerte til sammen seks årsklasser, som til sammen gav en genetisk variasjon litt mindre enn det som ble funnet for villfisk gruppa som bestod av åtte årsklasser. Beregnet effektiv populasjonsstørrelse var 12,5 til 495 fisk, og den var lavest blant settefisk fra fiskeanlegget. Det er naturlig ettersom fisken det ble tatt prøver av i anlegget var av samme alder/årsklasse, mens de andre gruppene bestod av seks til åtte aldersgrupper/årsklasser. Effektiv populasjonsstørrelse var størst i gruppen gjenfanget settefisk.English: Tissue samples were collected from brown trout in the Hunderfossen hatchery and from stocked fish (finclipped) recaptured in the River Vorma and from wild fish caught in the River Vorma. It was analyzed on eight micro-satellites in samples from a total of 93 trout. All hatchery/stocked fish were from Hunderfossen, bred by wild parents of the Hunder/Lågen strain. Generally, the genetic variation was high with allele numbers per. the locus (microsatellite) ranging from 5.75 to 9.50, and observed heterozygosity (HO) ranged from 0.772 to 0.825, and observed heterozygosity was higher than the expected heterozygosity (HE= 0.694-0.780) in all groups. The results indicated that there is a separate trout population spawning in the River Vorma, and which probably spawns in the area below the dam of Svanfossen. The age and length of the analyzed fish showed considerable variation in growth, and there may be several subpopulations represented in the material. Some have rapid "lake growth" which is common in the Lake Mjøsa, like the recaptured hatchery fish showed, while others had slower. For example, it was a wild trout of eight years measuring 325 mm, whereas one speciemen was eight years old and 645 mm long. Among five-year-old and older hatchery fish, all were ≥ 400 mm. The genetic analyzes showed that the wild fish differed somewhat from the recaptured hatchery, and had, for example, a total of 15 private alleles. The brown trout that were sampled in the hatchery differed from the other groups, and had the lowest genetic variation, which could be expected as comprised only one year-class, and were bred from a limited number of parents. The recaptured hatchery fish represented a total of six year classes, which together gave a genetic variation slightly less than that found for the wild fish group that consisted of eight year classes. Estimated effective population size was 12.5 to 495 fish, and it was lowest for the sample from the hatchery. This was expected since the fish were of only one year class, while the other groups consisted of six to eight age groups/year classes. Effective population size was highhest in the recaptured hatchery group.Vassdragsforbundet for Mjøs

Genetiske forskjeller mellom villørret og settefisk i Vorma

Det ble samlet inn vevsprøver fra settefisk i Hunderfossen settefiskanlegg og fra settefisk (fettfinneklippet) gjenfanget i Vorma og fra villfisk fanget i Vorma. Det ble analysert på åtte mikrosatellitter i prøver fra til sammen 93 ørret. All settefisk var fra Hunderfossen, avlet av ville foreldre av Hunder/Lågen stammen. Generelt var den genetiske variasjonen høy med allelantall pr. locus (mikrosatellitt) varierende fra 5,75 til 9,50, og observert heterozygositet (HO) varierte fra 0,772 til 0,825, og observert heterozygositet var høyere enn forventet heterozygositet (HE = 0,694-0,780) i alle grupper. Resultatene tydet på at det er en egen ørretstamme i Vorma, og som sannsynligvis gyter i området nedenfor Svanfossen. Alder og lengde blant villfisken som ble analysert, viste betydelig variasjon i vekst, og det kan være flere subpopulasjoner representert i materialet. Noen har rask «innsjøvekst» som er vanlig i Mjøsa, og som også gjenfanget settefisk viste, mens andre hadde et annet vekstmønster. Det var for eksempel en vill ørret på åtte år som var 325 mm og en som var åtte år og 645 mm lang. Blant fem år gamle og eldre settefisk, var alle ≥ 400 mm. De genetiske analysene viste at villfisken skilte seg noe fra gjenfanget settefisk, og hadde for eksempel hele 15 private alleler. Settefisken fra fiskeanlegget skilte seg fra de andre gruppene, og hadde lavest genetisk variasjon, noe som kunne forventes ettersom den var av bare en årsklasse, basert på et begrenset antall foreldre. De gjenfangede settefiskene representerte til sammen seks årsklasser, som til sammen gav en genetisk variasjon litt mindre enn det som ble funnet for villfisk gruppa som bestod av åtte årsklasser. Beregnet effektiv populasjonsstørrelse var 12,5 til 495 fisk, og den var lavest blant settefisk fra fiskeanlegget. Det er naturlig ettersom fisken det ble tatt prøver av i anlegget var av samme alder/årsklasse, mens de andre gruppene bestod av seks til åtte aldersgrupper/årsklasser. Effektiv populasjonsstørrelse var størst i gruppen gjenfanget settefisk

Fauna crime: elucidating the potential source and introduction history of European smelt (Osmerus eperlanus L.) into Lake Storsjøen, Norway

The ability to accurately determine the original source of invading species offers several powerful applications in invasive species ecology and management and may enable important information on the invading species in its native habitat. Lake Storsjøen in South-Central Norway was recently found to have been subjected to an illegal translocation of the European smelt (Osmerus eperlanus). The main aim of this study was to infer the most likely source (s) of the invading smelt by using microsatellite markers, and subsequently to infer its introduction history. The results indicated that the smelt is most likely a result of introduction from the large Lake Mjøsa, and that the translocated smelt comprise a large number of individuals. The smelt in Lake Storsjøen showed no significant genetic bottleneck effect. However, a corresponding significant test for a recent population expansion indicates that the smelt has had a high reproductive success and population growth in its new environment. The results from this study illustrate the usefulness of applying multilocus genetic markers for inferring origin of translocated populations, demographic events and introduction histories comprising an effective tool for assessment of invasive species

Fauna crime: elucidating the potential source and introduction history of European smelt (Osmerus eperlanus L.) into Lake Storsjøen, Norway

The ability to accurately determine the original source of invading species offers several powerful applications in invasive species ecology and management and may enable important information on the invading species in its native habitat. Lake Storsjøen in South-Central Norway was recently found to have been subjected to an illegal translocation of the European smelt (Osmerus eperlanus). The main aim of this study was to infer the most likely source (s) of the invading smelt by using microsatellite markers, and subsequently to infer its introduction history. The results indicated that the smelt is most likely a result of introduction from the large Lake Mjøsa, and that the translocated smelt comprise a large number of individuals. The smelt in Lake Storsjøen showed no significant genetic bottleneck effect. However, a corresponding significant test for a recent population expansion indicates that the smelt has had a high reproductive success and population growth in its new environment. The results from this study illustrate the usefulness of applying multilocus genetic markers for inferring origin of translocated populations, demographic events and introduction histories comprising an effective tool for assessment of invasive species